JP2012109341A - 半導体材料の切断方法と切断装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 先ず、シリコンインゴット２の外周面２Ｂにスクライバ４Ａによって円周方向溝２Ｄを形成する。次に、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２を重畳させて端面２Ａ側から円周方向溝２Ｄに照射し、その後、両レーザ光Ｌ１、Ｌ２を割断予定面２Ｅに沿って渦巻状の移動軌跡で相対移動させる。これにより、第１のレーザ光Ｌ１によって割断予定面２Ｅとその隣接箇所は結晶方位のない改質領域２Ｆに改質され、そこに第２のレーザ光Ｌ２が照射される。そのため、円周方向溝２Ｄに生じたクラック２０が半径方向に進展してシリコンウェハ２Ｓが切り出される。
【効果】 内部の結晶方位の影響を受けることなく、シリコンインゴット２から所定厚さｔのシリコンウェハ２Ｓを切り出すことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は半導体材料の切断方法と切断装置に関し、例えば円柱状のシリコンインゴットから薄板状のシリコンウェハを切り出す場合に好適な半導体材料の切断方法と切断装置に関する。

従来、円柱状のシリコンインゴットからシリコンウェハを切り出す技術として、例えば内周部が切り刃となった環状のブレードソーや複数のピアノ線を平行に配置したワイヤーソーを用いる切断方法が知られている。こうした従来の切断方法においては、ブレードソーやワイヤーソーによってシリコンインゴットを切断する際に切り代が生じるため、該切り代の部分がスクラップとなるので、歩留まりが悪いという欠点があった。
そこで、シリコンインゴットから歩留まり良くシリコンウェハを切り出すための切断方法として、レーザ光を利用した切断方法が提案されている（例えば特許文献１）。
こうした特許文献１においては、先ず、円柱状のシリコンインゴットの外周面に割断予定面に合わせて割断開始部となる微小な切欠き部を形成し、次に該切欠き部に向けてレーザ光を照射するとともにシリコンインゴットとレーザ光とを相対移動させるようにしている。それによって、外周面の切欠き部の箇所から軸心にむけてクラックを進展させてシリコンウェハを切り出すように意図されている。

特開昭５７−１７３１１８号公報

しかしながら、レーザ光を用いた従来の切断方法においても次のような問題点が指摘されている。すなわち、上記特許文献１の切断方法においては、円柱状のシリコンインゴットに対して半径方向外方から軸心に向けてレーザ光を照射しているため、シリコンインゴットの軸心までレーザ光が十分に到達せずに割断用のクラックが軸心まで完全に進展しにくいという欠点があった。
また、図８に示すように、加工対象となる円柱状のシリコンインゴットは、その内部に結晶方位が存在するので、シリコンインゴットを割断する際には結晶方位に沿って割断されやすくなる。そのため、上記特許文献１の切断方法によってシリコンインゴットから薄板状のシリコンウェハを切り出す場合には、この図８に示すように、破線で示す割断予定線のとおりに切断しようとしても、実際に生じるクラックは結晶方位に影響されて割断予定線からずれることがあった。したがって、レーザ光を用いた従来の切断方法であっても、シリコンインゴットから所定厚さｔのシリコンウェハを正確に切り出すことが困難であった。

上述した事情に鑑み、請求項１に記載の本発明は、円柱状の半導体材料から割断予定面に沿って所定厚さの半導体ウェハを切り出すようにした半導体材料の切断方法において、
上記半導体材料に対して一方の端面側から軸方向へ第１のレーザ光を照射して、半導体材料における割断予定面を含む所定領域を結晶方位がない改質領域に改質する改質工程と、上記改質工程と同時に、またはその前後に、上記半導体材料の外周面における上記割断予定面に対応する箇所へ割断開始部となる円周方向溝を形成する割断開始部形成工程と、上記半導体材料に対して上記一方の端面側から軸方向へ第２のレーザ光を照射して上記改質領域を加熱して、上記円周方向溝から発生させたクラックを半径方向に進展させて半導体ウェハを切り出す割断工程とを備えることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の本発明は、円柱状の半導体材料を割断予定面に沿って切断して、所定厚さの半導体ウェハを切り出すようにした半導体材料の切断装置において、
上記半導体材料を保持するテーブルと、該テーブル上の半導体材料に対して一方の端面側から軸方向へ第１のレーザ光を照射して、半導体材料における割断予定面を含む領域を結晶方位がない材質に改質する第１レーザ照射手段と、上記テーブル上の半導体材料に対して上記一方の端面側から軸方向へ第２のレーザ光を照射して、上記第１のレーザ光により改質された改質領域を加熱する第２レーザ照射手段と、上記第１レーザ照射手段と第２レーザ照射手段と半導体材料とを相対移動させる移動手段と、上記半導体材料の外周面における上記割断予定面と対応する箇所へ割断開始部となる円周方向溝を形成する割断開始部形成手段とを備え、
上記第１レーザ照射手段により、上記半導体材料における割断予定面を含む領域を結晶方位のない改質領域に改質させるとともに、上記第２レーザ照射手段により上記円周方向溝から発生させたクラックを半径方向に進展させて半導体ウェハを切り出すことを特徴とするものである。

上述した構成によれば、上記改質領域には結晶方位がないので、上記円周方向溝から発生したクラックを割断予定面に沿って進展させることができる。そのため、半導体材料の内部に存在する結晶方位の影響を受けることなく半導体ウェハを切り出すことができる。したがって、所定厚さの半導体ウェハを精度良く切断することが可能となる。

本発明の一実施例を示す正面図。 図１の要部の拡大図。 図１の切断装置による加工工程を示す工程図であり、図３（ａ）はシリコンインゴットの外周面の全周にわたり円周方向溝を形成する工程を示し、図３（ｂ）は円周方向溝の箇所から螺旋状の移動軌跡でシリコンインゴットにレーザ光を照射してクラックを進展させる工程を示している。 図２の要部の拡大図。 図１に示す切断装置よってシリコンインゴットを切断する際の加工工程を示す図。 図３の場合とは異なる実施例における加工工程を示した図であり、図６（ａ）はシリコンインゴットの外周面の一部に円周方向溝を形成する工程を示し、図６（ｂ）は円周方向溝の箇所からジグザグの移動軌跡でシリコンインゴットにレーザ光を照射してクラックを進展させる工程を示している。 本発明の他の実施例におけるシリコンインゴットに対する第１のレーザ光と第２のレーザ光の移動軌跡を示す図。 シリコンインゴットにレーザ光を照射して割断する際の従来技術を示す断面図。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図２において、１は半導体材料であるシリコンインゴット２から薄板状のシリコンウェハ２Ｓを割断して切り出す切断装置である。この切断装置１は２種類のレーザ光Ｌ１，Ｌ２を用いて円柱状のシリコンインゴット２を一方の端面２Ａ側から順次所定厚さｔのシリコンウェハ２Ｓを切り出すようになっている。
切断装置１は、軸心２Ｃが鉛直方向となるようにシリコンインゴット２を保持する回転テーブル３と、シリコンインゴット２の外周面２Ｂに割断開始部となる円周方向溝２Ｄを形成する割断開始部形成手段４と、シリコンインゴット２に２種類のレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射することで軸心２Ｃと直交する割断予定面２Ｅに沿ってシリコンウェハ２Ｓを切り出すレーザ照射手段５と、両レーザ光Ｌ１、Ｌ２の透過を許容するウィンドウ２６Ａを有するとともに割断されつつあるシリコンウェハ２Ｓを冷却する冷却手段６と、シリコンインゴット２からシリコンウェハ２Ｓが割断される際に割断箇所へ高圧水を噴射する噴射ノズル７と、両レーザ光Ｌ１、Ｌ２とシリコンインゴット２とを相対移動させる移動手段８と、上記各構成部材等の駆動源の作動を制御する制御手段９とを備えている。

回転テーブル３は偏平な円柱状に形成されるとともに、その軸心３Ｃが鉛直方向となるように配置されている。この回転テーブル３は、図示しない駆動源となるモータによって軸心３Ｃを回転中心として所定方向に回転されるようになっており、そのモータの作動は制御手段９によって制御されるようになっている。この回転テーブル３の載置面３Ａには、３つの可動爪からなるチャック３Ｂが設けられている。
加工対象としての円柱状のシリコンインゴット２は、図示しないロボットハンドによって回転テーブル３の載置面３Ａ上に搬入されるようになっている。その際、ロボットハンドは、軸心２Ｃが鉛直方向となるようにシリコンインゴット２の一方の端面２Ａ’を回転テーブル３の載置面３Ａ上に載置する。その後、回転テーブル３のチャック３Ｂによって載置面３Ａ上のシリコンインゴット２の外周面２Ｂが把持されるので、シリコンインゴット２の軸心２Ｃと回転テーブル３の軸心３Ｃが一致するようになっている。そして、このようにシリコンインゴット２を鉛直方向に保持した状態において、制御手段９により駆動用のモータが駆動されると、回転テーブル３とシリコンインゴット２が軸心２Ｃ，３Ｃを回転中心として所定方向に回転されるようになっている。

割断開始部形成手段４は、固定フレーム１１の柱１１Ａに昇降可能に取り付けられるとともに、二つの円錐台を底面同士で張り合わせた形状であり、回転自在なローラ状のスクライバ４Ａを備えている。このスクライバ４Ａは水平に支持されるとともに、進退動機構４Ｂによって回転テーブル２上のシリコンインゴット２の外周面２Ｂに向けて付勢されるようになっている。割断開始部形成手段４全体は、柱１１Ａに設けられた昇降機構１２によって柱１１Ａに沿って昇降できるようになっており、この昇降機構１２の作動は制御手段９によって制御される。制御手段９は、シリコンインゴット２が回転テーブル３上に搬入されて上記チャック３Ｂで保持されると、昇降機構１２を介して割断開始部形成手段４をシリコンインゴット２の上方の端面２Ａよりも所定寸法だけ低い高さ位置に停止させる。これにより、スクライバ４Ａの最大径を有する外周縁は、上方側の端面２Ａよりもシリコンウェハ２Ｓの所定厚さｔ分だけ低い位置に停止し、その後に進退動機構４Ｂによりシリコンインゴット２に向けて付勢されるので、クライバ４Ａがシリコンインゴット２の外周面２Ｂに圧接する。その押圧状態において、図示しないモータによって回転テーブル３とシリコンインゴット２が所定方向に回転されることで、スクライバ４Ａによって外周面２Ｂの円周方向全域にわたって割断開始部となる微小な、断面略Ｖ字状の円周方向溝２Ｄが形成されるようになっている（図２、図３（ａ）参照）。
このように割断開始部となる円周方向溝２Ｄが外周面２Ｂに形成された後に、レーザ照射手段５により円周方向溝２Ｄの先端２Ｇと一致する水平方向の割断予定面２Ｅに二種類のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を重畳させて照射することで、断面Ｖ字状の円周方向溝２Ｄの先端２Ｇから半径方向へと水平にクラックが発生するとともに進展していくので、水平な割断予定面２Ｅに沿って所定厚さｔのシリコンウェハ２Ｓが割断されて切り出されるようになっている。すなわち、厚さｔのシリコンウェハを正確に切り出すためには、略Ｖ字状断面の円周方向溝２Ｄの先端２Ｇを割断予定面２Ｅとを正確に一致させた状態でレーザ光Ｌ１、Ｌ２を照射させなければならない。このように本願発明の切断装置１では、割断開始部形成手段４により、断面において割断予定面２Ｅと一致可能な程度に尖鋭な先端を有する溝を形成することで、円周方向溝２Ｄから発生するクラックの発生方向をコントロールし、割断予定面２Ｅに沿った割断を行うようになっている。

本実施例は、シリコンインゴット２内の割断予定面２Ｅとその隣接箇所を第１のレーザ光Ｌ１によって結晶方位のないアモルファス構造に改質し、その改質領域２Ｆに第２のレーザ光Ｌ２を照射して加熱することで、シリコンインゴット２内部の結晶方位に影響されることなく水平な割断予定面２Ｅに沿ってシリコンウェハ２Ｓを割断して切り出すことが特徴である。
すなわち、レーザ照射手段５は、上記回転テーブル３の上方に配置されるとともに集光レンズ１３と２枚の反射鏡１４、１４’を内蔵したケーシング１５と、このケーシング１５を昇降させる昇降機構１６と、ケーシング１５および昇降手段１６を水平方向に移動させる水平移動機構１７と、第１のレーザ光Ｌ１を発振する第１レーザ発振器２１と、第２のレーザ光Ｌ２を発振する第２レーザ発振器２２とを備えている。

固定フレーム１１の水平ビーム１１Ｃに水平移動機構１７が水平方向に移動可能に取り付けられており、この水平移動機構１７に昇降機構１６の上端が連結されている。昇降機構１６はサーボシリンダ機構からなり、該サーボシリンダ機構の本体の上端は水平移動機構１７に連結される一方、鉛直下方に向けたシリンダ機構のピストンの先端（下端）は上記ケーシング１５に連結されている。
ケーシング１５内の上方に反射鏡１４が配置され、その下方に他方の反射鏡１４’が配置され、さらにその下方に集光レンズ１３が配置されている。制御手段９によって第１レーザ発振器２１が作動されると、そこから発振された第１のレーザ光Ｌ１は光ファイバ２３を介して反射鏡１４に導光され、その後、下方の反射鏡１４’を透過した後に集光レンズ１３によって集光されてから下方側のシリコンインゴット２に照射されるようになっている。また、制御手段９によって第２レーザ発振器２２が作動されると、そこから発振された第２のレーザ光Ｌ２は光ファイバ２３’を介して反射鏡１４’に導光され、その後、該反射鏡１４’によって反射された後に集光レンズ１３によって集光されてから下方側のシリコンインゴット２に照射されるようになっている。
制御手段９は、第１レーザ発振器２１と第２レーザ発振器２２とを同期して作動させるので、集光レンズ１３によって集光された第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２とは重畳された状態で同時にシリコンインゴット２に対して照射される。換言すると、本実施例においては、シリコンインゴット２に対して、その軸心２Ｃに沿って第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２が重畳した状態で端面２Ａ側から照射されるようになっている。

第１レーザ発振器２１から発振される第１のレーザ光Ｌ１は、シリコンインゴット２の割断予定面２Ｅとその隣接領域をアモルファス化するためのものであり、具体的には第１のレーザ光Ｌ１としてピコ秒パルスＹＡＧレーザを用いている。他方、第２レーザ発振器２２から発振される第２のレーザ光Ｌ２は、スクライバ４Ａにより形成した円周方向溝２Ｄを割断開始部としてクラック２０を軸心２Ｃまで進展させるためのものであり、具体的には、第２のレーザ光Ｌ２としての長幅パルス又は連続波ＹＡＧレーザを用いている。両レーザ光Ｌ１、Ｌ２は、いずれもＹＡＧの基本波長（１０６４ｎｍ）のものを用いる。本実施例では、両方のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を重畳させてシリコンインゴット２に照射する前段階において、シリコンインゴット２の内部となる割断予定面２Ｅに両レーザ光Ｌ１、Ｌ２の集光点が位置するように昇降機構１６によりケーシング１５の集光レンズ１３の高さを調整するようにしている。
図２および図４に示すように、本実施例においては、アモルファス化用の第１のレーザ光Ｌ１（ピコ秒パルスＹＡＧレーザ）は、図示しないビームエクスパンダーによりレーザ光Ｌ１のビーム径を大きくすることで集光点の径を小さくしている。それにより割断予定面２Ｅとその隣接上下位置の微小な領域をのみを加熱して確実に溶融させ、そこを結晶方位のない改質領域２Ｆに改質させるようになっている。それにより、両レーザ光Ｌ１、Ｌ２を重畳してシリコンインゴット２に照射しても、溶融した改質領域２Ｆがすぐに固化するため、割断を行うことが可能である。他方、割断用の第２のレーザ光Ｌ２（ＣＷＹＡＧレーザ）は、ビームエクスパンダーを介さずにレーザ光Ｌ２を集光レンズ１３に入射させて発散角を大きくすることにより、集光点（スポット）の径をレーザＬ１よりも大きくしてあり、それによりシリコンインゴット２を溶融することなく、クラック２０が発生・進展するのに適した加熱を行うことができようになっている。

次に、昇降機構１６と水平移動機構１７の作動は制御手段９によって制御されるようになっており、制御手段９が水平移動機構１７を作動させることで、昇降機構１６およびケーシング１５は水平方向に所要量だけ移動されるようになっている。また、制御手段９によって昇降機構１６を所要量だけ昇降させることでケーシング１５の高さを調整することができる。このように、制御手段９は、水平移動機構１７を介して両レーザ光Ｌ１、Ｌ２の集光点をシリコンインゴット２の半径方向に移動させることができるとともに、両レーザ光Ｌ１、Ｌ２の集光点を順次、シリコンウェハ２Ｓの厚さｔだけ下降させることができるようになっている。
両レーザ光Ｌ１、Ｌ２を半径方向に移動させる上記水平移動機構１７と、回転テーブル３を回転させる図示しないモータとによって移動手段８が構成されており、制御手段９は移動手段８の作動を制御することによってシリコンインゴット２と両レーザ光Ｌ１、Ｌ２を割断予定面２Ｅに沿って相対移動させるようになっている。

次に、シリコンインゴット２を冷却する冷却手段６について説明する。本実施例の切断装置１において冷却手段６を設けているのは、次のような理由からである。すなわち、本実施例においては、２種類のレーザ光Ｌ１、Ｌ２をシリコンインゴット２に照射して割断予定面２Ｅに沿ってシリコンウェハ２Ｓを割断によって切り出すようになっている。切り出されるシリコンウェハ２Ｓは厚さが薄く体積が小さいので熱が逃げにくいため、シリコンウェハ２Ｓとその隣接下方側となる残存部分との入熱状態がアンバランスとなる。すると、シリコンウェハ２Ｓを割断するためのクラック２０の進展方向が割断予定面２Ｅから大きく位置ずれすることになる。そこで、本実施例では、割断中のシリコンウェハ２Ｓを上方から冷却水で冷却しながら上記レーザ光Ｌ１、Ｌ２をシリコンインゴット２に照射して入熱するようにしている。それによって肉厚の薄いシリコンウェハ２Ｓとその隣接下方位置の残存部分との入熱状態を均等にして、クラック２０が割断予定面２Ｅに沿って水平に進展するように冷却手段６が設けられている。

冷却手段６は、固定フレーム１１の柱１１Ｂに昇降可能に設けられた昇降機構２４と、この昇降機構２４に丁番２５を介して水平に取り付けられた円板状のブラケット２６と、導管２７を介して高圧水をブラケット２６へ供給する高圧水源２８とを備えている。
円板状のブラケット２６は、両レーザ光Ｌ１、Ｌ２を透過させるためのウィンドウ２６Ａを備えるとともに、中心付近に冷却水を下方に向けて吐出させるための吐出口２６Ｂを備えている。ウィンドウ２６Ａには例えば透明な合成石英のＹＡＧレーザの吸収率が低い板状の透明な板状材料が嵌合されている。このウィンドウ２６Ａの合成石英により両レーザ光Ｌ１、Ｌ２の透過が許容されるとともに、シリコンインゴット２の端面２Ａとブラケット２６の下面との間に冷却水を流通させるための隙間が形成されるようになっている。
ブラケット２６は水平方向に揺動可能な丁番２５を介して昇降機構２４に水平に取り付けられており、図示しない進退動機構に連動して回転テーブル３の上方（シリコンインゴット２の上方）となる冷却位置と回転テーブル３の上方からはずれた退避位置とに移動可能となっている。進退動機構は制御手段９によって作動を制御されるようになっており、制御手段９は所要時に上記進退動機構を介してブラケット２６を冷却位置と退避位置とに移動させるようになっている。
また、高圧水源２８の作動は制御手段９によって制御されるようになっており、ブラケット２６が退避位置にある時には高圧水源２８は非作動状態となっている。他方、回転テーブル３上にシリコンインゴット２が保持されると、制御手段９は進退動機構によりブラケット２６を退避位置から回転テーブル３上の冷却位置まで移動させるようになっている（図１、図２の状態）。その状態では、レーザ照射手段５のケーシング１５がブラケット２６のウィンドウ２６Ａの上方に位置する。そして、その状態において両方のレーザ発振器２１，２２が作動されることで、集光レンズ１３によって集光された両レーザ光Ｌ１、Ｌ２がブラケット２６のウィンドウ２６Ａを透過してシリコンインゴット２へ重畳して照射されるようになっている。

そして、このように両レーザ光Ｌ１、Ｌ２がシリコンインゴット２に照射される際には制御手段９によって高圧水源２８も作動されるので、高圧の冷却水が高圧水源２８から導管２７を介してブラケット２６へ給送されて、その吐出口２６Ｂから吐出されるようなっている。この時、図２に示すように、ウィンドウ２６Ａを含めたブラケット２６の下面２６Ｃとシリコンウェハ２Ｓの上面（シリコンインゴット２の端面２Ａ）との間には隙間が維持されるので、その隙間を冷却水が半径方向外方に向けて流通した後に外周面２Ｂの上端から流下するようになっている。このように、吐出口２６Ｂから吐出された冷却水によって割断途中のシリコンウェハ２Ｓが冷却されるので、薄板状に割断されるシリコンウェハ２Ｓとその隣接下方となるシリコンインゴット２の残存部分との入熱状態が均等に維持されるようになっている。

さらに、本実施例においては、端面２Ａ側から順次１枚ずつシリコンウェハ２Ｓを切り出す際に、該シリコンウェハ２Ｓが隣接するシリコンインゴット２の残存部から容易に分離させることができるように分離手段として噴射ノズル７を配置している。
噴射ノズル７は、ブラケット２６よりも少し高さを低くして上記昇降機構２４に水平方向に取り付けられている。この噴射ノズル７は導管２７’を介して上記高圧水源２８に接続されており、噴射ノズル７の先端は、割断中のシリコンウェハ２Ｓの円周方向溝２Ｄに向けて、それと同じ高さに維持されるようになっている。
そして、ブラケット２６が冷却位置に位置して高圧水源２８が作動される際に、つまり、ブラケット２６の吐出口２６Ｂから冷却水がシリコンウェハ２Ｓに吐出される際には、噴射ノズル７からも高圧の冷却水が円周方向溝２Ｄに噴射されるようになっている。これにより、両レーザ光Ｌ１、Ｌ２によってシリコンウェハ２Ｓが割断される過程において、クラック２０が進展して割断中のシリコンウェハ２Ｓとその隣接下方の残存部分との間に高圧水が噴射される。それにより、割断終了後（切断終了後）のシリコンウェハ２Ｓと隣接下方位置の残存部分の端面との間に所定厚の水が介在するようになっている。したがって、切断終了後のシリコンウェハ２Ｓと隣接下方位置の残存部分の端面との間にある水の表面張力の影響を小さくして、シリコンウェハＳを容易に分離できるようになっている。

以上のように構成された切断装置１により、以下に説明する工程を経てシリコンインゴット２から所定厚さｔのシリコンウェハ２Ｓを割断して切り出すようになっている。
すなわち、先ず、図示しないロボットハンドによって円柱状のシリコンインゴット２が停止状態の回転テーブル３上に鉛直方向となるように搬入される（図１、図５のＳ１参照）。すると、チャック３Ｂによってシリコンインゴット２の下方の外周面２Ｂが把持される。これにより、シリコンインゴット２の軸心２Ｃと回転テーブル３の軸心３Ｃとが一致し、シリコンインゴット２は鉛直方向に保持される。なお、このように回転テーブル３にシリコンインゴット２が搬入される前段階において、予めロボットハンドが干渉しないようにブラケット２６は回転テーブル３上から外れた退避位置に停止されている。
このように、回転テーブル３にシリコンインゴット２が保持されると、割断開始部形成手段４のスクライバ４Ａが進退動機構４Ｂによって前進され、スクライバ４Ａは端面２Ａよりも所定厚さｔだけ低い位置の外周面２Ｂに圧接した状態となる。
この後、制御手段９は、回転テーブル３の駆動用のモータを回転させるので、回転テーブル３とシリコンインゴット２が所定方向に回転される。これに伴ってシリコンインゴット２の外周面２Ｂに押圧されているスクライバ４Ａによって、割断開始部となる円周方向溝２Ｄが外周面２Ｂの全周に形成される（図２、図３（ａ）、図５のＳ２参照）。

この後、制御手段９は、図示しない進退動機構によりブラケット２６を退避位置からシリコンインゴット２の端面２Ａ上となる冷却位置まで移動させる。これにより、シリコンインゴット２の端面２Ａの近接上方にブラケット２６が停止し、その上方位置にレーザ照射手段５のケーシング１５が位置した状態となる。また、分離手段としての噴射ノズル７もシリコンインゴット２の円周方向溝２Ｄに向けた状態に維持される。
この後、制御手段９が高圧水源２８を作動させるので、導管２７を介してブラケット２６の吐出口２６Ｂからシリコンインゴット２の端面２Ａに向けて冷却水が吐出されるとともに、他方の導管２７’を介して噴射ノズル７からも円周方向溝２Ｄに向けて高圧の冷却水が噴射される（図５のＳ３参照）。
この状態において、制御手段９は、レーザ照射手段５の水平移動機構１７を介してケーシング１５を水平方向に所要量だけ移動させるとともに、昇降機構１６を介してケーシング１５をシリコンインゴット２の端面２Ａよりも所定寸法だけ高い位置に停止させる。
これにより、両レーザ光Ｌ１、Ｌ２の集光点がシリコンインゴット２における円周方向溝２Ｄと一致するように集光レンズ１３が停止される。そして、ブラケット２６の吐出口２６Ｂから冷却水が吐出されている状態において、制御手段９は、第１レーザ発振器２１と第２レーザ発振器２２を作動させる。これにより、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２が集光レンズ１３によって集光されてから重畳された状態で円周方向溝２Ｄに照射される。すると、両レーザＬ１、Ｌ２の集光点となる円周方向溝２Ｄの箇所にクラック２０が生じる（図５のＳ４参照）。

そして、制御手段９は、重畳させた両レーザ光Ｌ１、Ｌ２をシリコンインゴット２に照射させて状態において、水平移動機構１７を介してケーシング１５を軸心２Ｃに向けて徐々に移動させるとともに、回転テーブル３用のモータを介して回転テーブル３を所要の回転速度で所定方向に回転させる。これにより、図３（ｂ）に示すように、クラック２０が生じた円周方向溝２Ｄの先端２Ｇから連続して両レーザ光Ｌ１、Ｌ２が割断予定面２Ｅに沿って渦巻き状に照射される。それによって、円周方向溝２Ｄから生じたクラック２０が軸心２Ｃに向けて割断が進展する。
この割断の進行過程を処理詳細に説明すると、先ず第１のレーザ光Ｌ１によって割断予定面２Ｅとその隣接箇所が結晶方位のないアモルファス構造に改質されて、そこが改質領域２Ｆとなり、その改質領域２Ｆが第２のレーザ光Ｌ２によって加熱される。このように、割断予定面２Ｅとその隣接箇所は結晶方位がない改質領域２Ｆとなるので、円周方向溝２Ｄで生じたクラック２０はシリコンインゴット２内の結晶方位に影響されることなく割断予定面２Ｅに沿って軸心２Ｃまで進展する。それにより、所定厚さｔのシリコンウェハ２Ｓが切り出される（図２、図３（ｂ）、図５のＳ４，Ｓ５参照）。
なお、このシリコンウェハ２Ｓの割断工程においては、噴射ノズル７から高圧水が割断中のシリコンウェハ２Ｓとその隣接下方位置の残存部分との間に噴射されているので、割断終了後（切断終了後）のシリコンウェハ２Ｓと、その隣接位置の残存部分となるシリコンインゴット２の端面（２Ａ）との間には水が介在した状態となっている。

このようにして、端面２Ａ側から１枚のシリコンウェハ２Ｓの切断が終了すると、制御手段９により高圧水源２８の作動が停止されるので、ブラケット２６からの冷却水の吐出が停止されるとともに噴射ノズル７からの高圧水の噴射も停止される。この後、制御手段９は、図示しない進退動機構を介してブラケット２６を回転テーブル３上の冷却位置から退避位置まで移動させる（図５のＳ６参照）。
すると、切り出されたシリコンウェハ２Ｓが図示しないロボットハンドによりシリコンインゴット２の残存部分上から取り出された後に、次工程の図示しないアニーリング手段の位置まで移送される。

この後、図示しないアニーリング装置は、ロボットハンドによって搬入されたシリコンウェハ２Ｓに対してアニーリング（焼きなまし）の処理を行う（図５のＳ７参照）。このようにアニーリングを行うことにより、割断時にアモルファス化された改質領域２Ｆが再度、元の結晶方位を有する内部構造に復帰する。アニーリングの際の加熱条件としては、本実施例のように処理対象物がシリコンの場合には真空状態で１０００〜１２００℃まで加熱し、処理対象物がサファイヤの場合には真空状態で１５００〜１８００℃でアニーリングが行われる。

他方、上述したように１枚のシリコンウェハ２Ｓが切り出されて搬出された後には、シリコンインゴット２の端面２Ａの高さは、シリコンウェハ２Ｓの所定厚さｔだけ低くなる。すると、制御手段９は各昇降機構１２、１６、２４を介して、シリコンウェハ２Ｓの所定厚さｔだけスクライバ４Ａ、ブラケット２６、ケーシング１５を下降させる。それにより、ブラケット２６の下面２６Ｃと残存部分であるシリコンインゴット２の端面２Ａ（上端）との間隔が常に所定間隔に維持されるようになっている。また、スクライバ４Ａおよびケーシング１５内の集光レンズ１３の高さは、次のシリコンウェハ２Ｓを切り出すための所定高さ（スクライバ４Ａにあっては割断予定面と同じ高さ）に支持される。また、制御手段９により進退動機構が作動されることで、ブラケット２６は退避位置からシリコンインゴット２上となる冷却位置へ移動される。

この状態から制御手段９は、進退動機構４Ｂによりスクライバ４Ａを前進させてシリコンインゴット２の外周面に圧接させ、その後、制御手段９は駆動用のモータを介して回転テーブル３とシリコンインゴット２を所定方向に回転させる（図５のＳ２参照）。これに伴って、スクライバ４Ａによってシリコンインゴット２の外周面２Ｂの全周に割断予定面２Ｅと同じ高さの円周方向溝２Ｄが形成される。
この後は、上述した工程と同様に、冷却手段６からシリコンインゴット２に向けて冷却水が吐出されるとともに、噴射ノズル７からシリコンインゴット２に向けて高圧の冷却水が噴射される（図５のＳ３）。この状態において、前述した工程と同様にして両レーザ光Ｌ１、Ｌ２がシリコンインゴット２に重畳して照射されるとともに、水平移動機構１７により両レーザＬ１、Ｌ２が半径方向に移動されると同時にモータによって回転テーブル３も回転される。これにより、円周方向溝２Ｄからクラック２０が軸心２Ｃの位置まで半径方向に進展し、従って、シリコンウェハ２Ｓが切り出される（図５のＳ４、Ｓ５参照）。
この後、両レーザＬ１、Ｌ２の照射が停止されるとともに、高圧水源２８の作動も停止され、さらに、進退動機構によってブラケット２６はシリコンインゴット２上からずれた退避位置まで後退される（図５のＳ６参照）。
この後、この新たに切り出されたシリコンウェハ２Ｓは、ロボットハンドによって取り出されてからアニーリング装置へ移送され、該アニーリング装置によって上述したようにアニーリングが行われる。これにより、シリコンウェハ２Ｓは、アモルファス化された改質領域２Ｆが元の結晶方位を備えた内部構造に復帰する。
以下、上述した工程が繰り返されて、シリコンインゴット２から順次シリコンウェハ２Ｓが割断によって切り出されるとともに、切り出された各シリコンウェハ２Ｓに対してアニーリング処理が施される。

以上のように、本実施例の切断装置１とそれによる切断方法においては、第１のレーザ光Ｌ１によって割断予定面２Ｅとその隣接領域を結晶方位がない改質領域２Ｆに改質し、その改質領域２Ｆを割断予定面２Ｅに沿ってクラック２０を進展させて割断することで、シリコンウェハ２Ｓを切り出すようになっている。これにより、割断予定面２Ｅにおける結晶方位による劈開性の影響を排除することができるので、結晶方位に関係なくシリコンインゴット２を割断予定面２Ｅに沿って水平に割断することができる。したがって、シリコンインゴット２から切断されたシリコンウェハ２の寸法精度を向上させることができる。
また、本実施例によれば、シリコンインゴット２の外周面２Ｂの全周にわたって円周方向溝２Ｄを形成し、そこを割断開始部点としてクラック２０を発生させ、それを軸心２Ｃまで半径方向に進展させることにより、シリコンウェハ２Ｓを切り出すので、シリコンウェハ２Ｓの切り出すための処理速度を高めることができる。
さらに、本実施例においては、シリコンインゴット２をアモルファス化する改質用の第１のレーザＬ１と加熱して割断するための第１のレーザＬ２とを同時にシリコンインゴット２に照射するようにしているので、その分だけ切断装置１による切断のための処理速度を高めることができる。

次に、切断装置１による切断方法の第２の実施例として次のような切断方法であってもよい。つまり、上記第１の実施例においては、割断開始部となる円周方向溝２Ｄをシリコンインゴット２の外周面２Ｂの全周に形成していたが、円周方向溝２Ｄは、外周面２Ｂの一部に形成してもよい。この場合も上記第１実施例と同じく断面略Ｖ字状の溝が形成され、断面における溝の先端は材料内部から外周面にわたって割断予定面２Ｅと一致している。そして、図６（ａ）に示すように、上記スクライバ４Ａによって外周面２Ｂの一部分だけに円周方向溝２Ｄを形成して、そこに両レーザＬ１、Ｌ２を重畳させて照射し、その後、両レーザＬ１、Ｌ２を割断予定面２Ｅに沿ってジグザグの移動軌跡で全体として半径方向に移動させる（図６（ｂ）参照）。これにより、円周方向溝２Ｄの先端２Ｇから半径方向にクラック２０が発生するとともに進展して、割断予定面２Ｅのとおりにシリコンウェハ２Ｓを切り出すことができる。なお、この第２実施例において外周面２Ｂの一部に形成する円周方向溝２Ｄの円周方向長は、特に限定されるものではないが、上述の通り、溝の先端２Ｇから発生するクラック２０の方向をコントロールするためには、少なくとも溝の長手方向が円周方向となる程度の長さが必要とされる。
このような第２実施例においても、上記第１の実施例と同様の作用・効果を得ることができる。

なお、上述した各実施例においては、２種類のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を重畳させて同時にシリコンインゴット２に照射しているが、両レーザＬ１、Ｌ２はシリコンインゴット２に対して敢えて同時に照射する必要はない。つまり、先ず第１のレーザ光Ｌ１をシリコンインゴット２の割断予定面２Ｅに照射することでシリコンインゴット２の内部をアモルファス化された改質領域２Ｆに改質させ、その後に改質領域２Ｆに第２のレーザ光Ｌを照射することで、シリコンウェハ２Ｓを切り出すようにしても良い。この場合、図７に示すように、第１のレーザＬ１を先行して外周面２Ｂに沿って移動させながら照射し、第１レーザＬ１よりも少し遅れて外周面２Ｂに沿って第２のレーザＬ２を移動させながら照射する。また、この実施例においては、第１のレーザ光Ｌ１をシリコンインゴット２に照射するための第１レーザ照射手段と、第２のレーザ光Ｌ２をシリコンインゴット２に照射するための第２レーザ照射手段を別個に設けて、それら両レーザ照射手段を別個に移動させることになる。
このような実施例であっても、上述した各実施例と同様の作用・効果を得ることができる。

さらに、上述した実施例においては、シリコンインゴット２の外周面２Ｂにスクライバ４Ａによって割断開始部となる円周方向溝２Ｄを形成し、その後から両レーザＬ１、Ｌ２をシリコンインゴット２に照射しているが、円周方向溝２Ｄをシリコンインゴット２の外周面に形成するタイミングとしては次のようなタイミングであってもよい。つまり、先ずシリコンインゴット２における割断予定面２Ｅを第１のレーザ光Ｌ１によってアモルファス構造に改質し、その改質領域を形成した後に割断予定面２Ｅと対応させてシリコンインゴット２の外周面２Ｂに割断開始部となる円周方向溝２Ｄを形成しても良い。あるいは、シリコンインゴット２に第１のレーザ光Ｌ１を照射して割断予定面２Ｅをアモルファス化するのと同時に外周面２Ｂに円周方向溝２Ｄを形成するようにしても良い。

さらに、上述した各実施例においては、円柱状の半導体材料としてシリコンインゴットを想定しているが、処理対象となる半導体材料としてはサファイヤや炭化ケイ素（ＳｉＣ）であっても良い。
また、上述した各実施例においては、シリコンインゴット２の上端となる端面２Ａ側から順次１枚分のシリコンウェハ２Ｓを切り出す毎に、ケーシング１５、スクライバ４Ａ及びブラケット２６を所定厚さｔ分だけ下降させているが、各昇降機構１２、１６、２４を省略し、その代わりに回転テーブル３自体を上昇させるように構成してもよい。このような構成においては、シリコンインゴット２の上端となる端面２Ａから順次１枚分のシリコンウェハ２Ｓが切り出される毎に、回転テーブル３を介してシリコンインゴット２を所定厚さｔ分だけ上昇させれば良い。また、上述した各実施例では、割断開始部形成手段４として回転自在なローラ状のスクライバ４Ａを用いているが、その他の手段、例えば先端が尖鋭な棒状のスクライバとし、先端を半導体材料外周面と接触させて円周方向溝を形成するようにしても良い。
つまり、発生するクラック２０の方向をコントロールするために、上記スクライバ４Ａにより形成される円周方向溝２Ｄのように、断面において尖鋭な先端を有する溝を形成できるスクライバであればどのような形状であっても良い。

１‥半導体材料の切断装置 ２‥シリコンインゴット（半導体材料）
２Ａ‥端面 ２Ｂ‥外周面
２Ｄ‥円周方向溝 ２Ｅ‥割断予定面
２Ｆ‥改質領域 ２Ｓ‥シリコンウェハ（半導体ウェハ）
３‥回転テーブル ４‥割断開始部形成手段
５‥レーザ照射手段 ８‥移動手段
１７‥水平移動機構 ２１‥第１レーザ発振器
２２‥第２レーザ発振器 Ｌ１‥第１のレーザ光
Ｌ２‥第２のレーザ光

Claims (6)

1. 円柱状の半導体材料から割断予定面に沿って所定厚さの半導体ウェハを切り出すようにした半導体材料の切断方法において、
   上記半導体材料に対して一方の端面側から軸方向へ第１のレーザ光を照射して、半導体材料における割断予定面を含む所定領域を結晶方位がない改質領域に改質する改質工程と、
   上記改質工程と同時に、またはその前後に、上記半導体材料の外周面における上記割断予定面に対応する箇所へ割断開始部となる円周方向溝を形成する割断開始部形成工程と、
   上記半導体材料に対して上記一方の端面側から軸方向へ第２のレーザ光を照射して上記改質領域を加熱して、上記円周方向溝から発生させたクラックを半径方向に進展させて半導体ウェハを切り出す割断工程とを備えることを特徴とする半導体材料の切断方法。
2. 上記割断開始部形成工程においては、上記半導体材料の外周面の全周にわたる円周方向溝を形成するようになっており、
   上記割断工程においては、上記半導体材料を回転させつつ、上記第２のレーザ光を半導体材料の半径方向に移動させて、上記割断予定面に沿って第２のレーザ光を渦巻き状の移動軌跡となるように相対移動させて、上記円周方向溝から発生させたクラックを進展させることを特徴とする請求項１に記載の半導体材料の切断方法。
3. 上記割断開始部形成工程を行った後に、上記第１のレーザ光と上記第２のレーザ光とを重畳させて上記半導体材料に照射することにより、上記改質工程と上記割断工程とを同時に行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体材料の切断方法。
4. 円柱状の半導体材料を割断予定面に沿って切断して、所定厚さの半導体ウェハを切り出すようにした半導体材料の切断装置において、
   上記半導体材料を保持するテーブルと、該テーブル上の半導体材料に対して一方の端面側から軸方向へ第１のレーザ光を照射して、半導体材料における割断予定面を含む領域を結晶方位がない材質に改質する第１レーザ照射手段と、上記テーブル上の半導体材料に対して上記一方の端面側から軸方向へ第２のレーザ光を照射して、上記第１のレーザ光により改質された改質領域を加熱する第２レーザ照射手段と、上記第１レーザ照射手段と第２レーザ照射手段と半導体材料とを相対移動させる移動手段と、上記半導体材料の外周面における上記割断予定面と対応する箇所へ割断開始部となる円周方向溝を形成する割断開始部形成手段とを備え、
   上記第１レーザ照射手段により、上記半導体材料における割断予定面を含む領域を結晶方位のない改質領域に改質させるとともに、上記第２レーザ照射手段により上記円周方向溝から発生させたクラックを半径方向に進展させて半導体ウェハを切り出すことを特徴とする半導体材料の切断装置。
5. 上記割断開始部形成手段により上記半導体材料の外周面の全周にわたる円周方向溝を形成するとともに、
   上記移動手段は、上記テーブルに保持された半導体材料を、その軸心を中心として回転させる回転機構と、上記第２レーザ照射手段から照射される第２のレーザ光を半導体材料の半径方向に移動させるレーザ移動機構とを備え、
   上記回転機構により半導体材料を回転させつつ、上記レーザ移動機構により第２のレーザ光を半導体材料の半径方向に移動させることにより、上記割断予定面に沿って第２のレーザ光を渦巻き状の移動軌跡を描くように移動させて、上記円周方向溝から発生させたクラックを進展させることを特徴とする請求項４に記載の半導体材の切断装置。
6. 上記第１レーザ照射手段と第２レーザ照射手段とから第１のレーザ光と第２のレーザ光とを重畳させて半導体材料に照射することにより、該半導体材料を結晶方位のない改質領域に改質すると同時に該改質領域を割断することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の半導体材料の切断装置。

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